DE102010049961A1

DE102010049961A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip, einem Trägersubstrat und einer Folie und ein Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102010049961A1
Application number: DE102010049961A
Authority: DE
Inventors: Magnus Ahlstedt; Johann Ramchen
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2012-05-03
Also published as: WO2012055661A1; CN103190010A; TW201241942A; US9029902B2; US20130256740A1

Abstract

Es ist ein Halbleiterbauelement (100) mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip (1), einem Trägersubstrat (2) und einer Folie (3) vorgesehen. Das Trägersubstrat (2) weist auf einer Oberseite (20) elektrisch leitfähige Kontaktbahnen (21a, 21b) auf. Die Folie (3) ist auf einer vom Trägersubstrat (2) abgewandten Strahlungsaustrittsseite (10) des Chips (1) und auf der Oberseite (20) des Trägersubstrats (2) angeordnet und weist elektrisch leitfähige erste Leiterbahnen (31a) auf. Zudem weist die Folie (3) Durchbrüche (32a, 32b) auf, die derart angeordnet sind, dass der Halbleiterchip (1) über die erste Leiterbahn (31a) der Folie (3) mit der ersten Kontaktbahn (21a) des Trägersubstrats (2) elektrisch kontaktierbar ist. Weiter ist ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Bauelements angegeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip, einem Trägersubstrat und einer Folie gemäß Anspruch 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Halbleiterbauelements gemäß Patentanspruch 12.
Herkömmliche optoelektronische Bauelemente werden meist zur elektrischen Kontaktierung und mechanischen Stabilisierung auf einem Trägersubstrat angeordnet. Dabei besteht die Möglichkeit einer Einzelmontage derartiger Bauelemente auf beispielsweise einer Platine oder einer Leiterplatte. Zur elektrischen Kontaktierung der Bauelemente findet beispielsweise ein Golddraht Verwendung, der von einer Kontaktfläche des Bauelements zu einer Kontaktbahn des Trägersubstrats geführt ist. Kontaktierungen mittels eines Bonddrahtes, beispielsweise eines Golddrahtes, haben jedoch den Nachteil, dass derartige Bauelemente in ihrer Höhe groß ausgebildet sind.
Als alternative elektrische Kontaktierungstechnik findet die CPHF-Technologie Anwendung (CPHF: Compact Planar High Flux). Eine derartige Kontaktierung weist Leiterbahnen auf, die auf einem elektrisch isolierenden Material angeordnet sind, wobei die Leiterbahnen von einer Kontaktfläche des Bauelements zu einer Kontaktbahn des Trägersubstrats geführt sind. Die Leiterbahnen können dabei auf das elektrisch isolierende Material mittels beispielsweise eines galvanischen Prozesses, eines Sputterprozesses, einer Schattenmaske und/oder eines lift-off-Prozesses aufgebracht sein, sodass sich ein galvanischer Kontakt ermöglicht. Bei der CPHF-Kontaktierungstechnologie kann es jedoch in den Bereichen der Kontaktflächen des Bauelements und der Leiterbahnen des Trägersubstrats nachteilig zu Kontaminierungen kommen.
Die oben beschriebenen Möglichkeiten zur elektrischen Kontaktierung von optoelektronischen Bauelementen weisen unter anderem zudem den Nachteil auf, dass die Bauelemente nur mit den für die jeweilige Kontaktiertechnik vorgesehenen Trägersubstraten kombinierbar sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement anzugeben, das sich durch ein flaches Design, eine reduzierte Gefahr hinsichtlich Kontaminierungen und gleichzeitig durch eine flexible elektrische Verschaltung einzelner Bauelementkomponenten auszeichnet. Weiter liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein flexibles Herstellungsverfahren für ein derartiges Bauelement anzugeben.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Bauelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Bauelements und dessen Herstellungsverfahren sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einer Weiterbildung ist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterchip, einem Trägersubstrat und einer Folie vorgesehen, bei dem der Halbleiterchip eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene aktive Schicht aufweist. Das Trägersubstrat weist auf einer Oberseite eine erste elektrisch leitfähige Kontaktbahn und eine zweite elektrisch leitfähige Kontaktbahn auf. Der Halbleiterchip ist auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordnet. Die Folie ist zumindest bereichsweise auf einer von dem Trägersubstrat abgewandten Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips und auf der Oberseite des Trägersubstrats angeordnet. Die Folie weist zumindest bereichsweise auf einer von dem Trägersubstrat abgewandten Oberseite zumindest eine elektrisch leitfähige erste Leiterbahn auf. Die Folie weist zumindest einen ersten Durchbruch und einen zweiten Durchbruch auf, die derart angeordnet sind, dass der Halbleiterchip über die erste Leiterbahn der Folie mit der ersten Kontaktbahn des Trägersubstrats elektrisch kontaktierbar ist.
Ein optoelektronisches Bauelement ist insbesondere ein Bauelement, das die Umwandlung von elektrischen Energien in Strahlungsemission ermöglicht, oder umgekehrt. Beispielsweise ist das optoelektronische Bauelement ein strahlungsemittierendes Bauelement.
Die vorliegende elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips erfolgt somit über die erste Leiterbahn, die auf der von dem Chip abgewandten Seite der Folie angeordnet ist. Dadurch ist ein herkömmlicherweise verwendeter Bonddraht nicht notwendig, wodurch die Höhe des Bauelements nicht von dem Bonddraht abhängt und so reduziert ausgebildet werden kann. So ermöglichen sich mit Vorteil flache Bauelemente.
Durch die Folie, die den Halbleiterchip zumindest bereichsweise umgibt, kann der Halbleiterchip mit Vorteil vor mechanischen Umwelteinflüssen geschützt werden. Dadurch kann mit Vorteil die Gefahr einer Kontaminierung der Kontaktflächen des Chips oder der Kontaktbahnen des Trägersubstrats reduziert werden.
Zudem ermöglicht sich durch eine Kombination des Trägersubstrats mit darauf angeordneten Kontaktbahnen und der Folie mit darauf angeordneten Leiterbahnen und Durchbrüchen eine flexible Verschaltung der Chips mit anderen Halbleiterkomponenten beziehungsweise dem Trägersubstrat. Als andere Halbleiterkomponenten können beispielsweise Widerstände, Sensoren, Siliziumchiptreiber oder ESD-Dioden Anwendung finden.
Die Leiterbahnen auf der Folie können entsprechend der vorgesehenen Anwendung ausgebildet sein. Dadurch kann mit Vorteil die Folie und die elektrische Führung auf der Folie je nach gewünschter und vorgesehener Applikation ausgebildet werden, sodass sich eine flexible Kombination der Bauelementkomponenten ermöglicht.
In einer Weiterbildung ist die Folie für die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung zumindest teilweise transparent beziehungsweise durchlässig. Vorzugsweise ist die Folie für die vom Halbleiterchip emittierte Strahlung zu 90% besonders bevorzugt zu 99% durchlässig.
Alternativ kann die Folie für die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung undurchlässig sein. In diesem Fall findet im Anordnungsbereich der Folie eine Abschattung der von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung nach außen hin statt.
In einer Weiterbildung enthält der Halbleiterchip, insbesondere die aktive Schicht, ein III/V-Halbleitermaterial, etwa ein Material aus den Materialsystemen In_xGa_yAl_1-x-yP, In_xGa_yAl_1-x-yN oder In_xGa_yAl_1-x-yAs, jeweils mit 0 ≤ x, y ≤ 1 und x + y ≤ 1. III/V-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (In_xGa_yAl_1-x-yN), über den sichtbaren (In_xGa_yAl_1-x-yN, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder In_xGa_yAl_1-x-yP, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (In_xGa_yAl_1-x-yAs) Spektralbereich besonders geeignet.
Der Halbleiterchip ist vorzugsweise eine LED. Bevorzugt ist der Halbleiterchip eine Dünnfilm-LED. Als Dünnfilm-LED wird im Rahmen der Anmeldung eine LED angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat, auf den eine Halbleiterschichtenfolge des Chips beispielsweise epitaktisch aufgewachsen wurde, abgelöst worden ist.
Die aktive Schicht des Chips weist vorzugsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung auf. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
Der Halbleiterchip ist beispielsweise mit einer zweiseitigen elektrischen Kontaktierung ausgebildet. In diesem Fall weist der Halbleiterchip auf der dem Trägersubstrat zugewandten Seite eine erste Kontaktfläche und auf der von dem Trägersubstrat abgewandten Seite eine zweite Kontaktfläche auf. Dabei reicht es zur elektrischen Kontaktierung des Chips aus, wenn lediglich eine erste Leiterbahn auf der Folie angeordnet ist. Die zweite Kontaktierung des Chips erfolgt von der Chipunterseite über eine Kontaktbahn des Trägersubstrats, auf die der Halbleiterchip mit seiner Unterseite direkt befestigt und elektrisch kontaktiert sein kann. Die Kontaktbahnen des Trägersubstrats sind voneinander elektrisch isoliert, beispielsweise mittels eines Abstandes, einer elektrisch isolierenden Schicht oder der Folie, die elektrisch isolierend ausgebildet ist.
Alternativ kann der Halbleiterchip eine einseitige elektrische Kontaktierung aufweisen. In diesem Fall sind beide Kontaktflächen des Chips auf der von dem Trägersubstrat abgewandten Seite angeordnet. Zwischen Trägersubstrat und Chip findet somit keine direkte elektrische Anbindung statt. Die elektrische Kontaktierung erfolgt dabei jeweils an der Strahlungsaustrittsseite des Chips. Auf der Folie sind zumindest zwei Leiterbahnen angeordnet, die voneinander mittels beispielsweise eines Abstandes elektrisch isoliert sind. Jeweils eine Kontaktfläche des Chips ist mittels einer Leiterbahn mit einer Kontaktbahn des Trägersubstrats elektrisch leitend verbunden.
In einer Weiterbildung ist die Folie mittels einer Klebeschicht auf dem Halbleiterchip und dem Trägersubstrat befestigt. Die Klebeschicht ist vorzugsweise auf einer Folienunterseite angeordnet, also direkt zwischen Chip/Trägersubstrat und Folie. Vorzugsweise ist die Klebeschicht möglichst dünn ausgebildet, um eine mögliche Kontaminierung der Kontaktflächen des Chips und der Kontaktbahnen des Trägersubstrats zu vermeiden.
In einer Weiterbildung weist die Klebeschicht eine Dicke in einem Bereich zwischen einschließlich 5 μm und einschließlich 10 μm auf.
Die Durchbrüche der Folie führen vollständig durch die Folie hindurch. Im Bereich der Durchbrüche der Folie sind also Löcher ausgebildet. Zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips ist im Bereich der Durchbrüche jeweils ein Kontaktmaterial eingebracht, das elektrisch leitfähig ist.
In einer Weiterbildung weisen die Durchbrüche in der Folie einen Durchmesser von wenigstens 100 μm auf. Durch die verhältnismäßig großen Durchbrüche in der Folie werden die Kontaktflächen am Halbleiterchip und die Kontaktbahnen auf dem Trägersubstrat vorteilhafterweise vor möglichen Kontaminierungen geschützt.
In einer Weiterbildung durchbrechen die Durchbrüche die erste Leiterbahn zumindest stellenweise. Vorzugsweise sind zwei Durchbrüche in der ersten Leiterbahn ausgebildet. Die erste Leiterbahn weist also an sich wiederum Durchbrüche auf, die im Bereich der Durchbrüche der Folie ausgebildet sind. Die Durchbrüche der Folie sind mit dem Material der ersten Leiterbahn ringförmig umrandet.
In die Durchbrüche der Folie und in die Durchbrüche der ersten Leiterbahn ist jeweils ein Kontaktmaterial eingebracht, sodass eine zuverlässige elektrische Kontaktierung von einer Kontaktfläche des Halbleiterchips zu einer Kontaktbahn des Trägersubstrats gewährleistet wird. Der erste Durchbruch der Folie und der erste Durchbruch der Leiterbahn ist dabei vorzugsweise im Bereich der Kontaktfläche des Halbleiterchips angeordnet. Der zweite Durchbruch der Folie und der zweite Durchbruch der ersten Leiterbahn ist vorzugsweise in einem Bereich der ersten Kontaktbahn des Trägersubstrats angeordnet. Die erste Leiterbahn führt dabei von dem ersten Durchbruch der Folie zu dem zweiten Durchbruch der Folie.
Ist der Chip als einseitiger Halbleiterchip ausgebildet, so findet an der zweiten Kontaktfläche des Halbleiterchips eine entsprechende elektrische Kontaktierung statt.
In einer Weiterbildung ist die Folie eine Multischichtfolie, die eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden Folienschichten und dazwischen angeordnete, weitere elektrisch leitfähige Leiterbahnen aufweist. Die Folie setzt sich somit aus mehrlagigen Folienschichten zusammen, die vorzugsweise transparent sind, wobei in der Folie integriert strukturierte, vorzugsweise metallische Leiterbahnen zur Realisierung einer mehrlagigen Verschaltungsebene ausgebildet sind. Die einzelnen Leiterbahnschichten können dabei nachträglich miteinander verschaltet werden, womit sich eine universale Verschaltung ermöglicht.
In einer Weiterbildung nimmt der Durchmesser der Durchbrüche von der Oberseite der Folie in Richtung Trägersubstrat in vertikaler Richtung ab. Bei einer Multischichtfolie weisen die dem Halbleiterchip zugewandten Schichten demnach einen geringeren Durchmesser der Durchbrüche auf als weiter von dem Halbleiterchip entferntere Schichten. Damit kann gewährleistet werden, dass alle Lagen der Multischichtfolie mittels des Kontaktmaterials elektrisch leitend verbunden werden.
In einer Weiterbildung weist das Trägersubstrat eine Ausnehmung auf, in der der Chip angeordnet ist. Dadurch kann mit Vorteil der Chip vor mechanischen Umwelteinflüssen geschützt werden.
In einer Weiterbildung entspricht die Höhe der Ausnehmung zumindest der Höhe des Halbleiterchips. Der Halbleiterchip wird lateral von dem Trägersubstrat vollständig umschlossen. Dadurch kann ein bestmöglichster Schutz vor mechanischen Umwelteinflüssen gewährleistet werden. Zudem kann so die Folie planar auf die Oberseite des Trägersubstrats und die Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips angeordnet sein.
In einer Weiterbildung weist die Folie im Bereich einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips einen weiteren Durchbruch auf. Die Strahlungsaustrittsfläche des Chips ist somit frei von Folienmaterial. Die Strahlungsaustrittsfläche muss dabei nicht notwendigerweise mit der Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips übereinstimmen. Beispielsweise überdeckt die Strahlungsaustrittsfläche lediglich einen Teilbereich der Strahlungsaustrittsseite. Die Strahlungsaustrittsfläche ist insbesondere die Fläche des Halbleiterchips, aus die die größtmöglichste Strahlungsemission aus dem Chip austritt.
In einer Weiterbildung ist in dem weiteren Durchbruch auf der Strahlungsaustrittsfläche ein Konvertermaterial aufgebracht. Ein Konvertermaterial weist beispielsweise ein Vergussmaterial auf, in dem zumindest ein Konversionselement eingebettet ist. Das Konversionselement ist dabei in dem Vergussmaterial vorzugsweise gleichmäßig verteilt. Das Konversionselement ist dabei geeignet, zumindest teilweise die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung in Strahlung einer anderen Wellenlänge zu konvertieren, sodass das Bauelement Mischstrahlung aus konvertierter Strahlung und von dem Halbleiterchip emittierter Strahlung emittiert. Damit ermöglicht sich beispielsweise ein Bauelement, das mittels Konversion weiße, grüne oder rote Strahlung emittiert.
Das Trägersubstrat ist beispielsweise ein Kohlefasersubstrat, ein Fiberglassubstrat, ein Keramiksubstrat, ein Epoxidsubstrat oder eine Leiterplatte, beispielsweise ein PCB (Printed Circuit Board).
Die Folie enthält vorzugsweise Epoxid, Silikon, oder Polycarbonat. Als nicht transparente Folien finden beispielsweise hochreflektive Folien wie zum Beispiel aluminiumbedampfte Folien, TiO₂-gefüllte Folien oder Captonfolien Verwendung.
Als Material der Leiterbahnen und Kontaktbahnen findet insbesondere ein Metall oder eine Metalllegierung enthaltend beispielsweise Kupfer, Silber, Aluminium und/oder Gold Verwendung.
Das Kontaktmaterial ist beispielsweise ein Kontakttropfen eines elektrisch leitfähigen Materials, wie beispielsweise eine Lötpaste aus Sn oder ein elektrisch leitfähiger Kleber. Das Kontaktmaterial wird dabei mittels eines Dispensprozesses, eines Screen Print-Prozesses oder eines Jetprozesses in die Durchbrüche der Folie eingebracht.
Die Durchbrüche in der Folie werden beispielsweise mittels eines Stanzprozesses oder eines Laserprozesses eingebracht.
Das Konvertermaterial ist in dem weiteren Durchbruch der Folie beispielsweise mittels eines Dispensprozesses oder eines Layerattachprozesses eingebracht.
In einem Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements, dass ein Halbleiterchip ein Trägersubstrat und eine Folie aufweist, findet folgende Verfahrensschritte Anwendung:

– Bereitstellen des Trägersubstrats, das auf einer Oberseite eine erste elektrisch leitfähige Kontaktbahn und eine zweite elektrisch leitfähige Kontaktbahn aufweist,
– Anordnen des Halbleiterchips auf der Oberseite des Trägersubstrats,
– Auflaminieren der Folie zumindest bereichsweise auf einer von dem Trägersubstrat abgewandten Strahlungsaustrittsseite des Halbleiterchips und auf der Oberseite des Trägersubstrats, wobei die Folie zumindest bereichsweise auf einer von dem Trägersubstrat abgewandten Oberseite zumindest eine elektrisch leitfähige erste Leiterbahn, einen ersten Durchbruch und einen zweiten Durchbruch aufweist, und
– elektrisches Kontaktieren des Halbleiterchips mittels der Durchbrüche über die erste Leiterbahn der Folie mit zumindest der ersten Kontaktbahn des Trägersubstrats.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften Weiterbildungen des Bauelements und umgekehrt.
Aufgrund der elektrischen Kontaktierung des Chips über die Folie ermöglicht sich insbesondere eine flexible Verschaltung des Chips mit beispielsweise anderen Halbleiterkomponenten, die auf dem Trägersubstrat angeordnet sind, wie beispielsweise ESD-Dioden, Widerstände, Sensoren und/oder Siliziumchiptreiber.
Die elektrische Kontaktierung des Halbleiterchips kann dabei zweiseitig ausgebildet sein. In diesem Fall ist der Halbleiterchip mit einer unterseitigen Kontaktfläche direkt auf der zweiten Kontaktbahn des Trägers befestigt und mit dieser elektrisch leitend verbunden. Die oberseitige Kontaktfläche des Chips ist mittels der Durchbrüche über die erste Leiterbahn der Folie zur ersten Kontaktbahn des Trägersubstrats geführt. In den Durchbrüchen ist dabei jeweils ein elektrisch leitfähiges Kontaktmaterial angeordnet, das die oberseitige Kontaktfläche des Chips mit der ersten Leiterbahn der Folie elektrisch leitend verbindet. Ein weiteres Kontaktmaterial ist in dem zweiten Durchbruch angeordnet, das die erste Leiterbahn mit der ersten Kontaktbahn des Trägersubstrats elektrisch leitend verbindet. Die Kontaktmaterialien sind mit der ersten Leiterbahn elektrisch leitend verbunden.
Ist der Halbleiterchip als einseitig kontaktierbarer Halbleiterchip ausgebildet, sind die Kontaktflächen des Chips oberseitig angeordnet und elektrisch kontaktiert.
In einer Weiterbildung werden die Durchbrüche in der Folie mittels Stanzen oder Lasern ausgebildet. Vorzugsweise werden zuerst die Leiterbahnen auf die Oberfläche der Folie aufgebracht, beispielsweise mittels eines Dispensprozesses, wobei anschließend die Durchbrüche durch die Folie und teilweise durch die erste Leiterbahn ausgebildet werden.
In einer Weiterbildung wird die elektrische Kontaktierung mittels Kontakttropfen ausgebildet, die jeweils in jeweils einem Durchbruch der Folie eingebracht werden. Beispielsweise werden die Kontakttropfen mittels eines Dispensprozesses, eines Screen Print-Prozesses oder eines Jetprozesses in die Durchbrüche eingebracht.
In einer Weiterbildung wird eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen in einem gemeinsamen Verfahren hergestellt. Dabei wird die Mehrzahl von Halbleiterchips auf einem gemeinsamen Trägersubstrat angeordnet. Anschließend wird die Folie in einem Stück auflaminiert. Anschließend können die Bauelemente vereinzelt werden.
Auf dem gemeinsamen Trägersubstrat kann vor Aufbringen der Halbleiterchips eine Reflektorschicht aufgebracht werden, die dazu ausgebildet ist, die von den Halbleiterchips emittierte Strahlung in Richtung Strahlungsaustrittsseite zu reflektieren.
Weitere Merkmale, Vorteile, Weiterbildungen und Zweckmäßigkeiten des Bauelements und dessen Herstellungsverfahren ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 6 erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauelements,
2A, 2B, 3 jeweils einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Folie für ein erfindungsgemäßes Bauelement,
4A bis 4I jeweils schematische Ansichten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauelements im Herstellungsverfahren,
5A bis 5D jeweils schematische Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauelements im Herstellungsverfahren, und
6A bis 6E jeweils schematische Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauelements im Herstellungsverfahren.
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
In 1 ist ein Querschnitt eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 100 gezeigt, das einen Halbleiterchip 1, ein Trägersubstrat 2 und eine Folie 3 aufweist.
Das Trägersubstrat 2 weist eine Ausnehmung 22 auf, in der der Halbleiterchip 1 angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Größe der Ausnehmung 22 an die Größe des Halbleiterchips 1 angepasst. Beispielsweise ist die Grundfläche der Ausnehmung 22 derart ausgebildet, dass der Halbleiterchip 1 vollständig in der Ausnehmung 22 angeordnet ist. Die Höhe der Ausnehmung 22 ist vorzugsweise gleich groß oder größer als die Höhe des Halbleiterchips 1. Im Ausführungsbeispiel der 1 entspricht die Höhe der Ausnehmung 22 der Höhe des Halbleiterchips 1. Der Halbleiterchip 1 überragt demnach das Trägersubstrat 2 in vertikaler Richtung nicht. Dadurch wird mit Vorteil ein Schutz des Halbleiterchips 1 vor mechanischen Beschädigungen durch das Trägersubstrat 2 ermöglicht.
Das Trägersubstrat 2 weist auf einer Oberseite 20 eine erste elektrisch leitfähige Kontaktbahn und eine zweite elektrisch leitfähige Kontaktbahn zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 1 auf (nicht dargestellt). Beispielsweise ist die erste elektrisch leitfähige Kontaktbahn in der Ausnehmung 22 angeordnet und die zweite elektrisch leitfähige Kontaktbahn außerhalb der Ausnehmung 22. Alternativ können beide Kontaktbahnen des Trägersubstrats 2 außerhalb der Ausnehmung 22 angeordnet sein. Die Anordnung der Kontaktbahnen auf dem Trägersubstrat 2 sind insbesondere abhängig von der vorgesehenen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 1, insbesondere ob der Halbleiterchip 1 eine einseitige oder zweiseitige elektrische Kontaktierung aufweist.
Das Trägersubstrat 2 ist beispielsweise ein Kohlefasersubstrat, ein Epoxidsubstrat, ein Keramiksubstrat, eine Leiterplatte (PCB: printed circuit board) oder ein Fiberglassubstrat.
Der Halbleiterchip 1 ist vorzugsweise eine Licht emittierende Diode (LED). Bevorzugt ist der Halbleiterchip ein Dünnfilmchip. Der Halbleiterchip 1 ist insbesondere dazu geeignet, im Betrieb Strahlung zu erzeugen aufgrund einer im Chip angeordneten aktiven Schicht. Die im Halbleiterchip 1 im Betrieb erzeugte Strahlung wird an einer Strahlungsaustrittsseite über eine Strahlungsaustrittsfläche ausgekoppelt. Dabei wird vorzugsweise der größte Anteil der im Chip erzeugten Strahlung durch die Strahlungsaustrittsfläche an der Strahlungsaustrittsseite 10 des Halbleiterchips 1 ausgekoppelt.
Mit einer von der Strahlungsaustrittsseite 10 gegenüberliegenden Seite ist der Halbleiterchip 1 auf dem Träger 2 befestigt. Beispielsweise ist der Halbleiterchip 1 mittels einer Klebeschicht oder einer Lotschicht mechanisch mit dem Trägersubstrat 1 verbunden.
Weist der Halbleiterchip 1 eine zweiseitige Kontaktierung auf, also eine Kontaktierung mittels einer Kontaktfläche an der Strahlungsaustrittsseite 10 und einer zweiten Kontaktfläche an der von der Strahlungsaustrittsseite 10 gegenüberliegenden Seite, ist der Halbleiterchip 1 mittels einer elektrisch leitfähigen Schicht mit dem Trägersubstrat 2 mechanisch und elektrisch verbunden. Beispielsweise weist hierzu das Trägersubstrat 2 in der Ausnehmung 22 die erste elektrisch leitfähige Kontaktbahn auf, auf der der Halbleiterchip 1 angeordnet und mit dieser elektrisch leitend verbunden ist.
Alternativ kann der Halbleiterchip 1 eine einseitige elektrische Kontaktierung aufweisen. In diesem Fall sind die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche des Halbleiterchips 1 auf derselben Seite des Chips angeordnet, beispielsweise auf der von dem Trägersubstrat 2 abgewandten Seite. Mit der von der Strahlungsaustrittsseite 10 abgewandten Seite des Halbleiterchips 1 ist dieser in diesem Fall nicht elektrisch, sondern lediglich mechanisch mit dem Trägersubstrat 2 verbunden.
Auf der Strahlungsaustrittsseite 10 des Halbleiterchips 1 und auf der Oberseite 20 des Trägersubstrats 2 ist eine Folie 3 angeordnet. Die Folie 3 ist elektrisch isolierend ausgebildet. Beispielsweise weist die Folie Epoxid, Silikon, oder PC auf. Alternativ kann die Folie eine Glasplatte sein. Die Folie 3 weist vorzugsweise transparente Eigenschaften für die von dem Halbleiterchip 1 emittierte Strahlung auf. Vorzugsweise ist die Folie in diesem Spektralbereich zu 80%, bevorzugt zu 90%, besonders bevorzugt zu 99% strahlungsdurchlässig.
Alternativ kann die Folie 3 strahlungsundurchlässige Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise ist die Folie 3 eine hochreflektive Folie, wie beispielsweise eine aluminiumbedampfte Folie, eine TiO₂-gefüllte Folie oder eine Captonfolie.
Die Folie ist vorzugsweise bis auf in der Folie eingebrachte Durchbrüche 32a vollständig auf der Strahlungsaustrittsseite 10 und der Oberseite 20 des Trägersubstrats 2 angeordnet. Die Folie 3 bietet so vorteilhafterweise zusätzlichen Schutz vor mechanischen Umwelteinflüssen des Halbleiterchips 1.
Bereichsweise auf einer von dem Trägersubstrat 2 abgewandten Oberseite 30 der Folie ist zumindest eine elektrisch leitfähige erste Leiterbahn 31a aufgebracht. Die elektrische Leiterbahn 31a dient zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 1. Die Anzahl der auf der Oberseite 30 aufgebrachten Leiterbahnen sind abhängig von der elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips 1, also ob der Halbleiterchip 1 eine einseitige oder zweiseitige Kontaktierung aufweist.
Die Kontaktbahnen des Trägers 2 und die Leiterbahnen der Folie 3 weisen vorzugsweise Kupfer, Aluminium oder Gold auf.
Die Folie 3 weist zumindest einen ersten Durchbruch 32a und einen zweiten Durchbruch 32b auf. Die Durchbrüche der Folie sind dabei als Ausnehmungen der Folie zu verstehen, die die Folie vollständig durchbrechen. Im Bereich der Durchbrüche ist somit kein Folienmaterial angeordnet.
Die Durchbrüche in der Folie 3 sind so angeordnet, dass der Halbleiterchip 1 elektrisch kontaktierbar ist. Insbesondere sind die Durchbrüche so angeordnet, dass der Halbleiterchip über die erste Leiterbahn 31a der Folie 3 mit der ersten Kontaktbahn des Trägersubstrats elektrisch leitend verbindbar ist. Beispielsweise ist der erste Durchbruch 32a im Bereich einer ersten Kontaktfläche des Halbleiterchips 1 angeordnet. Im ersten Durchbruch 32a ist ein elektrisch leitfähiges Material, beispielsweise ein Kontakttropfen 5, angeordnet. Der Kontakttropfen 5 füllt dabei den Durchbruch der Folie komplett aus. Insbesondere ist die Höhe des Kontakttropfens 5 größer als die Höhe des Durchbruchs der Folie 3.
Der erste Durchbruch 32a der Folie 3 durchbricht bereichsweise die erste Leiterbahn 31a. Der erste Durchbruch 32a führt demnach durch die Folie und durch die erste Leiterbahn zur ersten Kontaktfläche des Chips 1. Die erste Leiterbahn 31a umschließt den Durchbruch 32a oberseitig dabei ringförmig. Der Kontakttropfen 5 ist bereichsweise auf der Leiterbahn 31a angeordnet, insbesondere im Randbereich des Durchbruchs.
Der zweite Durchbruch ist entsprechend dem ersten Durchbruch ausgebildet, wobei der zweite Durchbruch bereichsweise oberhalb einer Kontaktbahn des Trägersubstrats 2 angeordnet ist. Im zweiten Durchbruch ist ebenfalls ein Kontakttropfen angeordnet, der einen elektrischen Kontakt der ersten Leiterbahn der Folie mit der ersten Kontaktbahn des Trägersubstrats ermöglicht. Der zweite Durchbruch sowie der zweite Kontakttropfen sind in 1 der Übersicht halber nicht dargestellt.
Ist der Halbleiterchip 1 als einseitiger Halbleiterchip ausgebildet, bei dem beide Kontaktflächen auf der Strahlungsaustrittsseite 10 angeordnet sind, ist die zweite Kontaktfläche des Halbleiterchips entsprechend mit einer zweiten Kontaktbahn des Trägersubstrats mittels zweier Durchbrüche und darin angeordneten Kontakttropfen sowie mittels einer zweiten Leiterbahn auf der Folie 3 elektrisch leitend verbunden.
Der Kontakttropfen 5 ist beispielsweise eine Sn-Lötpaste oder ein elektrisch leitfähiger Kleber. Beispielsweise wird der Kontakttropfen 5 oder die Kontakttropfen 5 in die Durchbrüche mittels eines Dispensprozesses eines Screen Print-Prozesses oder eines Jetprozesses eingebracht.
Der erste und zweite Durchbruch in der Folie 3 werden beispielsweise mittels eines Laserprozesses oder eines Stanzprozesses ausgebildet.
Die Folie 3 ist mittels einer Klebeschicht auf dem Halbleiterchip 1 und dem Trägersubstrat 2 befestigt. Die Klebeschicht weist dabei eine Dicke in einem Bereich zwischen einschließlich 5 μm und einschließlich 10 μm auf. Aufgrund der Dünne der Klebeschicht, vorzugsweise auf der Folienunterseite, kann die Gefahr einer Kontaminierung der Kontaktflächen des Chips 1 und der Kontaktbahnen des Trägersubstrats 2 im Bereich der Durchbrüche reduziert werden. Eine weitere Reduzierung einer Kontaminierungsgefahr kann mittels Durchbrüche mit Durchmesser von größer als 100 μm gewährleistet werden.
Durch eine Kombination der Folie mit darauf angeordneten Leiterbahnen und Durchbrüchen sowie mit dem Trägersubstrat mit darauf angeordneten Kontaktbahnen kann eine flexible Verschaltung des Halbleiterchips mit beispielsweise anderen Halbleiterkomponenten wie beispielsweise ESD-Dioden, Widerstände, Sensoren oder Siliziumchiptreiber erzielt werden. Zudem ist aufgrund der elektrischen Kontaktierung ein flaches Halbleiterbauelement gewährleistet. Die Leiterbahnen können dabei auf der Folie je nach entsprechender und vorgesehener Anforderung beispielsweise mittels eines Dispensprozesses aufgebracht werden, sodass die Folie flexibel einsetzbar ist.
In den 2A und 2B ist das Einbringen des Kontakttropfens 5 in den Durchbruch der elektrisch isolierenden Folie 3 dargestellt. Die elektrisch isolierende Folie ist dabei beispielsweise eine elektrisch leitfähige Paste, die mittels eines Inkjetprozesses in den Durchbruch 32a der Folie 3 eingebracht wird. Eine derartige Folie mit eingebrachten Kontakttropfen 5 ist beispielsweise für ein Bauelement des Ausführungsbeispiels der 1 verwendbar.
Die Folie 3 der 2A und 2B ist eine Multischichtfolie, die sich aus einer Mehrzahl von elektrisch isolierenden Folienschichten 33 und dazwischen angeordneten weiteren elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 31c zusammensetzt. Die elektrisch leitfähigen Schichten sind beispielsweise Kupferschichten. Der Kontakttropfen 5 verbindet dabei elektrisch eine zwischen den Folienschichten 33 angeordnete Kupferschicht 31c mit der ersten Leiterbahn 31a auf der Oberseite 30 der Folie 3.
Der Durchbruch 32a erstreckt sich dabei durch die erste Leiterbahn 31a und die oberste Folienschicht 33. Der Durchmesser des Durchbruchs nimmt dabei von der Oberseite 30 der Folie 3 in Richtung Trägersubstrat 2 in vertikaler Richtung ab. Insbesondere ist der Durchbruch der ersten Leiterbahn 31a in der lateralen Ausdehnung größer als der Durchbruch der untersten Folienschicht 33. So kann gewährleistet werden, dass alle Lagen der Folie mittels eines Kontakttropfens verbunden sind. Beispielsweise nimmt der Durchmesser von Schicht zu Schicht stufenförmig ab.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Folie 3 mit eingebrachtem Kontakttropfen 5 in den Durchbrüchen 32a, 32b gezeigt. Eine derartig ausgebildete Folie kann beispielsweise Verwendung finden in dem Bauelement nach den Ausführungsbeispiel der 1.
Die Folie der 3 setzt sich im Vergleich zu der Folie aus 2B durch eine weitere Mehrzahl von Folienschichten 33 und elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 31c zusammen. Zudem weist die Multischichtfolie 3 im weiteren Unterschied zwei Durchbrüche 32a, 32b auf, in die jeweils ein Kontakttropfen 5 eingebracht ist. Die Durchmesser der Durchbrüche 32a, 32b in den einzelnen Folienschichten 33, 31c, 31a nehmen dabei von der Oberseite 30 der Folie zur Unterseite hin ab.
Im Übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel der 3 mit dem Ausführungsbeispiel der 2B überein.
In den 4A bis 4I ist ein erfindungsgemäßes Bauelement im Herstellungsprozess dargestellt, wobei die einzelnen Figuren einzelne Verfahrensschritte darstellen. Die Bauelemente sind dabei perspektivisch dargestellt.
4A zeigt einen Träger 2, der auf einer Oberseite eine erste Kontaktbahn 21a und eine zweite Kontaktbahn 21b aufweist. Mittig ist eine Ausnehmung 22 ausgebildet, deren Größe abhängig von einem zu verwendenden Halbleiterchip 1 ausgebildet ist. Das Trägersubstrat 2 ist elektrisch isolierend ausgebildet. Die Kontaktbahnen des Trägersubstrats 2 sind außerhalb der Ausnehmung 22 angeordnet. Der Halbleiterchip 1 wird in die Ausnehmung 22 derart eingebracht, dass das Trägersubstrat 2 den Halbleiterchip 1 lateral vollständig umgibt. Insbesondere ist vorzugsweise die Höhe der Ausnehmung 22 etwa gleich der Höhe des Halbleiterchips 1.
Der Halbleiterchip 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein einseitig kontaktierbarer Chip, der eine erste und zweite Kontaktfläche auf der Strahlungsaustrittsseite aufweist, die vom Träger 2 abgewandt ist.
Nach Anordnen des Halbleiterchips 1 in der Ausnehmung 22 des Trägersubstrats 2 wird eine Folie 3 auf die Oberseite des Trägersubstrats 2 und den Halbleiterchip 1 aufgebracht, wie in 4B dargestellt. Die Folie 3 weist auf einer Oberseite 30 erste Leiterbahnen 31a und zweite Leiterbahnen 31b auf. Die ersten Leiterbahnen 31a weisen jeweils zwei Durchbrüche auf, die ebenfalls durch die Folie 3 führen. Dabei umgibt das Material der ersten Leiterbahn 31a die Durchbrüche ringförmig. Die Durchbrüche sind insbesondere an zwei gegenüberliegenden Enden der ersten Leiterbahn 31a angeordnet.
Die zweiten Leiterbahnen 31b weisen entsprechende Durchbrüche auf, die durch die Folie 3 führen. Die zweiten Leiterbahnen 31b sind jeweils an Eckkanten der Folie 3 und somit des Bauelements angeordnet. Die zweiten Leiterbahnen 31b dienen beispielsweise zur Verschaltung des Halbleiterchips 1 mit anderen Halbleiterkomponenten. Aufgrund der eckartigen Anordnung der zweiten Leiterbahnen 31b ist eine flexible Verschaltung des Halbleiterchips 1 mit anderen Komponenten möglich.
Im Bereich einer Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips 1 ist ein weiterer Durchbruch in der Folie 3 ausgebildet. Der weitere Durchbruch ist dabei von der Größe derart ausgebildet, dass die Strahlungsaustrittsfläche des Chips 1 vollständig frei von Folienmaterial ist. Die ersten Leiterbahnen 31a der Folie 3 können dabei in den weiteren Durchbruch ragen. Die ersten Leiterbahnen 31a sind insbesondere an gegenüberliegenden Ecken des weiteren Durchbruchs angeordnet.
Eine vergrößerte Ansicht des in 4B mittels eines Kreises dargestellten Ausschnittes ist in 4C dargestellt. Die erste Leiterbahn 31a ragt in den weiteren Durchbruch 32c, wobei der erste Durchbruch 32a dabei in dem weiteren Durchbruch 32c angeordnet ist. Der erste Durchbruch 32a und der weitere Durchbruch 32c sind dabei mittels Folienmaterial und darauf aufgebrachter erste Leitstruktur 31a räumlich voneinander getrennt.
In 4D ist die Folie 3 mit darauf aufgebrachten Leiterbahnstrukturen und Durchbrüchen auf der Oberseite des Trägersubstrats und den Halbleiterchip 1 aufgebracht. Dabei ist der weitere Durchbruch über der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips 1 angeordnet. Der erste Durchbruch 32a ist oberhalb der ersten Kontaktfläche des Halbleiterchips 1 angeordnet, wobei der zweite Durchbruch 32b oberhalb einer Kontaktbahn des Trägersubstrats angeordnet ist. Der erste Durchbruch 32a und der zweite Durchbruch 32b sind mit der ersten Leitstruktur 31a verbunden.
In 4E ist die erste Leitstruktur des Bauelements der 4D näher dargestellt, insbesondere der in 4D mittels eines Kreises dargestellte Ausschnitt. Die erste Leitstruktur 31a führt dabei auf der Folie von der ersten Kontaktfläche des Halbleiterchips 1 zur ersten Kontaktbahn des Trägersubstrats 2. In der ersten Leitstruktur 31a sind der erste Durchbruch 32a und der zweite Durchbruch 32b angeordnet, wobei die Ränder der Durchbrüche von der ersten Leitstruktur 31a umgeben sind. Die erste Kontaktfläche des Halbleiterchips 1 und die erste Kontaktbahn des Trägersubstrats 2 sind mittels der Durchbrüche 32a, 32b über die erste Leiterbahn 31a elektrisch verbindbar. Die zweiten Leiterbahnen 31b können zur elektrischen Verschaltung des Halbleiterchips 1 mit weiteren elektrischen Bauelementen oder Komponenten Verwendung finden.
In 4F werden anschließend in die einzelnen Durchbrüche jeweils ein Kontakttropfen 5 eingebracht. Die Kontakttropfen 5 überragen dabei jeweils die Höhe der Durchbrüche, sodass die Kontakttropfen 5 derart aus den Durchbrüchen herausragen, dass sie zumindest teilweise auf den Leiterbahnen der Folie in direktem mechanischen und elektrischen Kontakt stehen. Die Kontakttropfen 5 füllen vorzugsweise die Durchbrüche jeweils vollständig aus, sodass ein elektrischer Kontakt beispielsweise von den Kontaktflächen des Halbleiterchips zu der ersten elektrischen Leiterbahn der Folie über den dort eingebrachten Kontakttropfen erzielt werden kann. Der weitere Durchbruch oberhalb der Strahlungsaustrittsfläche bleibt dabei frei von Kontakttropfenmaterial.
In 4G ist der in 4F mittels eines Kreises dargestellte Ausschnitt vergrößert gezeigt. In den Durchbrüchen der ersten Leiterbahn 31a ist jeweils ein Kontakttropfen 5 eingebracht, wobei der Kontakttropfen 5 in vertikaler Richtung über den Kontaktflächen des Halbleiterchips 1 angeordnet sind. Die Kontakttropfen ragen in diesen Bereichen demnach durch die Durchbrüche hindurch bis zu den Kontaktflächen, sodass eine elektrisch leitende Verbindung gewährleistet werden kann.
In 4H wird abschließend in dem weiteren Durchbruch, der oberhalb der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips 1 angeordnet ist, ein Konvertermaterial 4 aufgebracht. Das Konvertermaterial kann beispielsweise mittels eines Dispensprozesses oder Layerattachprozesses aufgebracht werden. In dem Konvertermaterial ist vorzugsweise ein Konversionselement angeordnet, das die von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung zumindest teilweise in Strahlung einer anderen Wellenlänge umwandelt. So kann beispielsweise ein Bauelement realisiert werden, das weiße Strahlung emittiert.
In 4I ist der in 4H mittels eines Kreises dargestellte Ausschnitt des Bauelements vergrößert dargestellt. Das Konvertermaterial 4 ist dabei derart angeordnet, dass die Kontakttropfen 5 von dem Konvertermaterial 4 ausgespart sind. Das Konvertermaterial 4 weist somit Ausnehmungen im Bereich der Kontakttropfen 5 auf.
Der Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterchips ist dabei vollständig das Konvertermaterial nachgeordnet, sodass eine gleichmäßige Strahlungsemission des Bauelements erzielt werden kann.
In den 5A bis 5D sind Verfahrensschritte zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen in einem gemeinsamen Verfahren dargestellt. So wird, wie in 5A dargestellt, ein Trägersubstrat 2 bereitgestellt, das endlos sein kann. Auf dem Trägersubstrat 2 sind eine Mehrzahl von ersten Kontaktbahnen 21a und zweiten Kontaktbahnen 21b periodisch angeordnet. Die Kontaktbahnen sind vorzugsweise Metallbahnen, die mittels eines galvanischen Prozesses aufgebracht sind.
Auf dieses endlose Trägersubstrat 2 können anschließend, wie in 5B dargestellt, LEDs 1 verschiedener Größe oder Typs aufgebracht werden, wobei die LEDs 1 mit einer Unterseite auf der zweiten Kontaktbahn 21b des Trägers direkt aufgebracht und mit diesem mechanisch und elektrisch verbunden werden.
Bevor die LEDs auf das Trägersubstrat 2 aufgebracht werden, kann optional eine reflektierende Schicht auf die Oberseite des Trägersubstrats 2 aufgebracht werden. Diese dient dazu, die im Betrieb emittierte Strahlung in Richtung Strahlungsaustrittsseite zu reflektieren.
Anschließend wird auf die Oberseite des Trägersubstrats 2 und der LEDs 1 die Folie 3 auflaminiert, wobei die Folie 3 ebenfalls endlos ist, sodass das Trägersubstrat 2 vollständig mit der Folie 3 überdeckt werden kann. Die Folie weist auf der Oberseite elektrisch leitfähige Leiterbahnen 31a, 31b auf, die zur elektrischen Kontaktierung der LEDs geeignet sind. Vorzugsweise sind die Leiterbahnen metallische Bahnen oder Metalllegierungen. Die Leiterbahnen können dabei auf die Folie aufgebracht werden, bevor die Folie auf dem Trägersubstrat und den LEDs auflaminiert wird. Alternativ kann die Leiterbahnstruktur ausgebildet werden, nachdem die Folie auf dem Trägersubstrat und den LEDs aufgebracht worden ist.
Beispielsweise werden die Leiterbahnen mittels eines Sputterprozesses mit anschließender Strukturierung aufgebracht. Die Leiterbahnen und die Folie des Ausführungsbeispiels der 5 ist dabei so ausgebildet, wie in den 1 bis 4 beschrieben, wobei die Folie mit den Leiterbahnstrukturen für eine Mehrzahl von Halbleiterchips vorgesehen ist. Auf der Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterchips kann anschließend Konvertermaterial aufgebracht werden (nicht dargestellt).
Die Mehrzahl von Bauelementen wird, wie in 5C dargestellt, in einem endlosen Band hergestellt. Dabei weist das Band eine Mehrzahl von Spalten und Zeilen auf, in die die LEDs angeordnet sind. Die LEDs sind also matrizenartig auf dem Trägersubstrat angeordnet.
Alternativ kann, wie in 5D dargestellt, das Band als einzelne Streifen ausgebildet sein, auf dem lateral nebeneinander eine Mehrzahl von LEDs aufgebracht ist.
Je nach gewünschter Anwendung können die Bauelemente entsprechend anschließend vereinzelt werden. Abhängig von der vorgesehenen Applikation kann ein fertig hergestelltes Bauelement dabei eine Mehrzahl von Halbleiterchips oder lediglich einen Halbleiterchip aufweisen.
Die wie in 5 fertig hergestellten Bauelemente weisen im Wesentlichen die Merkmale der Bauelemente der Ausführungsbeispiele der 1 bis 4 auf.
In den 6A bis 6E sind Verfahrensschritte zur Herstellung einer Mehrzahl von weiteren Bauelementen dargestellt.
In 6A sind einseitig kontaktierbare LED-Chips 1 dargestellt, die insbesondere eine Kontaktfläche auf der Strahlungsaustrittsseite und eine Kontaktfläche auf der von der Strahlungsaustrittsseite gegenüberliegenden Seite aufweisen.
Wie in 6B dargestellt, wird ein Träger bereitgestellt, der erste Kontaktbahnen 21a und zweite Kontaktbahnen 21b aufweist. Die Kontaktbahnen des Trägers sind dabei so ausgebildet, dass eine der Kontaktbahnen zum mechanischen und elektrischen Kontaktieren des Halbleiterchips von seiner Unterseite geeignet ist. die einzelnen Kontaktbahnen des Trägers sind insbesondere voneinander elektrisch isolierend mittels eines Abstandes angeordnet.
Wie in 6C dargestellt, werden je ein LED-Chip 1 auf einer zweiten Kontaktbahn 21b des Trägersubstrats aufgebracht und elektrisch und mechanisch von der Unterseite mit diesem verbunden. Anschließend wird eine Folie 3 auf die Mehrzahl von LEDs und das Trägersubstrat auflaminiert, wobei die Folie 3 eine Mehrzahl von Durchbrüchen 32a, 32b und eine Mehrzahl von Leiterbahnen 31a, 31b aufweist. Insbesondere ist jeweils eine erste Leiterbahn 31a und eine zweite Leiterbahn 31b für jeweils einen LED-Chip 1 vorgesehen. Jede Leiterbahn weist wiederum je zwei Durchbrüche 32a, 32b zur elektrischen Kontaktierung des LED-Chips 1 auf.
Wie in 6E dargestellt, kann anschließend auf die Oberseite der Folie eine Konverterschicht, beispielsweise eine Phosphorschicht, aufgebracht werden, die geeignet ist, die von den LED-Chips 1 emittierte Strahlung zumindest teilweise in Strahlung einer anderen Wellenlänge umzuwandeln. So können Bauelemente realisiert werden, die weißes Licht emittieren.
Die wie in den 5 und 6 beschriebenen Herstellungsverfahren eignen sich insbesondere zur Herstellung der erfindungsgemäßen Bauelemente zur Massenproduktion.
Im Übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel der 6 im Wesentlichen mit dem Ausführungsbeispiel der 5 überein.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt, sondern umfasst jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (100) mit einem Halbleiterchip (1), einem Trägersubstrat (2) und einer Folie (3), wobei – der Halbleiterchip (1) eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene aktive Schicht aufweist, – das Trägersubstrat (2) auf einer Oberseite (20) eine erste elektrisch leitfähige Kontaktbahn (21a) und eine zweite elektrisch leitfähige Kontaktbahn (21b) aufweist, – der Halbleiterchip (1) auf der Oberseite (20) des Trägersubstrats (2) angeordnet ist, – die Folie (3) zumindest bereichsweise auf einer von dem Trägersubstrat (2) abgewandten Strahlungsaustrittsseite (10) des Halbleiterchips (1) und auf der Oberseite (20) des Trägersubstrats (2) angeordnet ist, – die Folie (3) zumindest bereichsweise auf einer von dem Trägersubstrat (2) abgewandten Oberseite (30) zumindest eine elektrisch leitfähige erste Leiterbahn (31a) aufweist, und – die Folie (3) zumindest einen ersten Durchbruch (32a) und einen zweiten Durchbruch (32b) aufweist, die derart angeordnet sind, dass der Halbleiterchip (1) über die erste Leiterbahn (31a) der Folie (3) mit der ersten Kontaktbahn (21a) des Trägersubstrats (2) elektrisch kontaktierbar ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die Folie (3) mittels einer Klebeschicht auf dem Halbleiterchip (1) und dem Trägersubstrat (2) befestigt ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, wobei die Klebeschicht eine Dicke in einem Bereich zwischen einschließlich 5 μm und einschließlich 10 μm aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchbrüche (32a, 32b) in der Folie (3) einen Durchmesser von mindestens 100 μm aufweisen.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Durchbrüche (32a, 32b) die erste Leiterbahn (31a) zumindest stellenweise durchbrechen.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folie (3) eine Multischichtfolie ist, die eine Mehrzahl von elektrisch isolierenden Folienschichten (33) und dazwischen angeordnete, weitere elektrisch leitfähige Leiterbahnen (31c) aufweist.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Durchmesser der Durchbrüche (32a, 32b) von der Oberseite (30) der Folie (3) in Richtung Trägersubstrat (2) in vertikaler Richtung abnimmt.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägersubstrat (2) eine Ausnehmung (22) aufweist, in der der Halbleiterchip (1) angeordnet ist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 8, wobei die Höhe der Ausnehmung (22) zumindest der Höhe des Halbleiterchips (1) entspricht.
Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folie (3) im Bereich einer Strahlungsaustrittsfläche (11) des Halbleiterchips (1) einen weiteren Durchbruch (32c) aufweist.
Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, wobei in dem weiteren Durchbruch (32c) ein Konvertermaterial (4) aufgebracht ist.
Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements (100), das einen Halbleiterchip (1), ein Trägersubstrat (2) und eine Folie (3) umfasst, mit folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen des Trägersubstrats (2), das auf einer Oberseite (20) eine erste elektrisch leitfähige Kontaktbahn (21a) und eine zweite elektrisch leitfähige Kontaktbahn (21b) aufweist, – Anordnen des Halbleiterchips (2) auf der Oberseite (20) des Trägersubstrats (2), – Auflaminieren der Folie (3) zumindest bereichsweise auf einer von dem Trägersubstrat (2) abgewandten Strahlungsaustrittsseite (10) des Halbleiterchips (1) und auf der Oberseite (20) des Trägersubstrats (2), wobei die Folie (3) zumindest bereichsweise auf einer von dem Trägersubstrat (2) abgewandten Oberseite (20) zumindest eine elektrisch leitfähige erste Leiterbahn (31a), einen ersten Durchbruch (32a) und einen zweiten Durchbruch (32b) aufweist, und – Elektrisches Kontaktieren des Halbleiterchips (1) mittels der Durchbrüche (32a, 32b) über die erste Leiterbahn (31a) der Folie (3) mit zumindest der ersten Kontaktbahn (21a) des Trägersubstrats (2).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Durchbrüche (32a, 32b, 32c) in der Folie (3) mittels Stanzen oder Lasern ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die elektrische Kontaktierung mittels Kontakttropfen (5) ausgebildet wird, die jeweils in jeweils einen Durchbruch der Folie eingebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei eine Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen (100) in einem gemeinsamen Verfahren hergestellt wird, wobei – auf dem Trägersubstrat (2) die Mehrzahl von Halbleiterchips (1) angeordnet wird, – die Folie (3) in einem Stück auflaminiert wird, und – die Bauelemente (100) vereinzelt werden.